JP2014179480A - 磁気デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】外面層と内層にコイルパターンが設けられた基板において、内層の熱を放熱させ易くして、放熱性能を高める。
【解決手段】コア２ａが挿入される開口部３ｍ、３Ｌ、３ｒを有する基板３において、各外面層Ｌ１、Ｌ３と内層Ｌ２にコイルパターン４ａ〜４ｅが設けられている。表側外面層Ｌ１と内層Ｌ２のコイルパターン４ａ〜４ｄに対応させて、裏側外面層Ｌ３に放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９を設け、対応するコイルパターン４ａ〜４ｄと放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９を、放熱ピン７ａ〜７ｆで接続する。裏側外面層Ｌ３で、コイルパターン４ｅと放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９を別体にし、表側外面層Ｌ１のコイルパターン４ａ、４ｂと接続された放熱パターン５ａ_９、５ｂ_９の面積より、内層Ｌ２のコイルパターン４ａ、４ｂと接続された放熱パターン５ａ_７、５ａ_８、５ｂ_７、５ｂ_９の面積の方を大きくする。
【選択図】図３

Description

本発明は、磁性体から成るコアと、コイルパターンが形成された基板とを備えた、チョークコイルやトランスなどの磁気デバイスに関する。

たとえば、高電圧の直流をスイッチングして交流に変換した後、低電圧の直流に変換する、直流−直流変換装置（ＤＣ−ＤＣコンバータ）のようなスイッチング電源装置がある。このスイッチング電源装置には、チョークコイルやトランスなどの磁気デバイスが使用されている。

たとえば、特許文献１〜６には、コイルの巻線が基板に設けられたコイルパターンから成る、磁気デバイスが開示されている。

特許文献１〜５では、磁性体から成るコアが、基板に設けられた開口部に挿入されている。基板は、絶縁体から成り、露出した外面層や外面層間にある内層などの、複数の層を有している。各層には、コアの周囲に巻回されるように、コイルパターンが形成されている。異なる層のコイルパターン同士は、スルーホールなどで接続されている。コイルパターンやスルーホールは、銅などの導体から成る。

特許文献６では、基板が、一対の絶縁層と、該絶縁層間に設けられた磁性体層とから構成されている。磁性体層には、導体から成るコイルパターンが形成されている。コイルパターンは、基板の板面方向や厚み方向に複数回巻回されている。

コイルパターンに電流が流れると、コイルパターンから発熱し、基板の温度が高くなる。基板の放熱対策として、特許文献１では、コイルパターンを基板の各層のほぼ全域に広げている。また、基板の端部に放熱器を取り付けている。

特許文献３では、基板の各層のコイルパターンの一部の幅を広げて、放熱パターン部を設けている。また、上方の基板より下方の基板を突出させて、該突出部に放熱パターン部を設けて、外気に直接触れるようにしている。さらに、各層に設けた放熱パターン部の面方向位置を異ならせている。

特許文献６では、コイルパターンの内側に、磁性体層と下方の絶縁層とを貫通する伝熱用貫通導体を設け、基板の下面に伝熱用貫通導体と接続された放熱用導体層を設けている。伝熱用貫通導体と放熱用導体層は、コイルパターンに接続されていない。

特開２００８−２０５３５０号公報 特開平７−３８２６２号公報 特開平７−８６７５５号公報 再表ＷＯ２０１０／０２６６９０号公報 特開平８−６９９３５号公報 特開２００８−１７７５１６号公報

たとえば、大電流が流れるＤＣ−ＤＣコンバータで使用される磁気デバイスでは、コイルパターンに大電流が流れて、コイルパターンでの発熱量が多くなる。基板の露出した外面層に設けられたコイルパターンで発生した熱は、該コイルパターンの表面から放熱されるが、露出していない内層に設けられたコイルパターンで発生した熱は、放熱され難く、基板にこもり易い。

コイルパターンで発生した熱がこもって、基板の温度が上昇すると、磁気デバイスの特性の変動や性能の劣化を生じるおそれがある。また、同一基板上に他のＩＣチップなどの電子部品が実装されている場合、電子部品の誤動作や破壊を生じるおそれがある。

本発明の課題は、外面層と内層にコイルパターンが設けられた基板において、内層の熱を放熱させ易くして、放熱性能を高めることである。

本発明による磁気デバイスは、磁性体から成るコアと、絶縁体から成り、コアが挿入される開口部、ならびに両面に設けられた２つの外面層および該外面層間に設けられた内層を有する基板と、導体から成り、コアの周囲に巻回されるように、基板の各外面層と少なくとも１つの内層に設けられたコイルパターンとを備える。さらに、導体から成り、基板の一方の外面層にあるコイルパターンに対応させて他方の外面層に設けられた第１放熱パターンと、導体から成り、基板の内層にあるコイルパターンに対応させて他方の外面層に設けられた第２放熱パターンと、対応する一方の外面層のコイルパターンと第１放熱パターンとを接続する第１熱的層間接続手段と、対応する内層のコイルパターンと第２放熱パターンとを接続する第２熱的層間接続手段とを備える。そして、他方の外面層にあるコイルパターンと各放熱パターンを別体にし、第１放熱パターンの面積より第２放熱パターンの面積の方を大きくしている。

これにより、基板の各外面層に設けられたコイルパターンで発生した熱を、該コイルパターンの表面から放熱させることができる。また、基板の一方の表面層にあるコイルパターンで発生した熱を、第１熱的層間接続手段により他方の外面層にある第１放熱パターンに伝えて、該放熱パターンの表面から放熱させることができる。また、基板の内層にあるコイルパターンで発生した熱を、第２熱的層間接続手段により他方の外面層にある第２放熱パターンに伝えて、該放熱パターンの表面から放熱させることができる。さらに、一方の表面層にあるコイルパターンと接続された第１放熱パターンの面積より、内層にあるコイルパターンと接続された第２放熱パターンの面積の方が大きいので、内層にあるコイルパターンで発生した熱を、第２放熱パターンの表面から放熱させ易くすることができる。よって、外面層と内層にコイルパターンが設けられた基板において、内層の熱を放熱させ易くして、放熱性能を高めることが可能となる。

また、本発明では、上記磁気デバイスにおいて、放熱パターン同士を別体にするのが好ましい。

また、本発明では、上記磁気デバイスにおいて、基板の異なる層にあるコイルパターン同士を接続する電気的層間接続手段をさらに備えてもよい。

また、本発明では、上記磁気デバイスにおいて、基板の他方の外面層に設けられた導体から成り、他方の外面層にあるコイルパターンに接続された第３放熱パターンをさらに備え、第３放熱パターンと第１および第２放熱パターンを別体にし、第３放熱パターンの面積より第１放熱パターンの面積の方を大きくしてもよい。

さらに、本発明では、上記磁気デバイスにおいて、基板の他方の外面層に第２放熱パターンを設け、他方の外面層側に放熱器を取り付けてもよい。

本発明によれば、外面層と内層にコイルパターンが設けられた基板において、内層の熱を放熱させ易くして、放熱性能を高めることが可能となる。

スイッチング電源装置の構成図である。 本発明の実施形態による磁気デバイスの分解斜視図である。 図２の基板の各層の平面図である。 図２の磁気デバイスの断面図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。

図１は、スイッチング電源装置１００の構成図である。スイッチング電源装置１００は、電気自動車（またはハイブリッドカー）用のＤＣ−ＤＣコンバータであり、高電圧の直流をスイッチングして交流に変換した後、低電圧の直流に変換する。以下で詳述する。

スイッチング電源装置１００の入力端子Ｔ１、Ｔ２には、高電圧バッテリ５０が接続されている。高電圧バッテリ５０の電圧は、たとえばＤＣ２２０Ｖ〜ＤＣ４００Ｖである。入力端子Ｔ１、Ｔ２へ入力される高電圧バッテリ５０の直流電圧Ｖｉは、フィルタ回路５１でノイズが除去された後、スイッチング回路５２へ与えられる。

スイッチング回路５２は、たとえばＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）を有する公知の回路からなる。スイッチング回路５２では、ＰＷＭ駆動部５８からのＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）信号に基づいて、ＦＥＴをオンオフさせて、直流電圧に対してスイッチング動作を行う。これにより、直流電圧が高周波のパルス電圧に変換される。

そのパルス電圧は、トランス５３を介して、整流回路５４へ与えられる。整流回路５４は、一対のダイオードＤ１、Ｄ２によりパルス電圧を整流する。整流回路５４で整流された電圧は、平滑回路５５へ入力される。平滑回路５５は、チョークコイルＬおよびコンデンサＣのフィルタ作用により整流電圧を平滑し、低電圧の直流電圧として出力端子Ｔ３、Ｔ４へ出力する。この直流電圧により、出力端子Ｔ３、Ｔ４に接続された低圧バッテリ６０が、たとえばＤＣ１２Ｖに充電される。低圧バッテリ６０の直流電圧は、図示しない各種の車載電装品へ供給される。

また、平滑回路５５の出力電圧Ｖｏは、出力電圧検出回路５９により検出された後、ＰＷＭ駆動部５８へ出力される。ＰＷＭ駆動部５８は、出力電圧Ｖｏに基づいてＰＷＭ信号のデューティ比を演算し、該デューティ比に応じたＰＷＭ信号を生成して、スイッチング回路５２のＦＥＴのゲートへ出力する。これにより、出力電圧を一定に保つためのフィードバック制御が行なわれる。

制御部５７は、ＰＷＭ駆動部５８の動作を制御する。フィルタ回路５１の出力側には、電源５６が接続されている。電源５６は、高電圧バッテリ５０の電圧を降圧し、制御部５７に電源電圧（たとえばＤＣ１２Ｖ）を供給する。

上記のスイッチング電源装置１００において、平滑回路５５のチョークコイルＬとして、後述する磁気デバイス１が用いられる。チョークコイルＬには、たとえばＤＣ１５０Ａの大電流が流れる。チョークコイルＬの両端には、電力入出力用の端子６ｉ、６ｏが設けられている。

次に、磁気デバイス１の構造を、図２〜図４を参照しながら説明する。

図２は、磁気デバイス１の分解斜視図である。図３は、磁気デバイス１の基板３の各層の平面図である。図４は、磁気デバイス１の断面図であって、（ａ）に図３のＸ−Ｘ断面、（ｂ）に図３のＹ−Ｙ断面を示している。

図２に示すように、コア２ａ、２ｂは、Ｅ字形の上コア２ａとＩ字形の下コア２ｂの、２個１対で構成されている。コア２ａ、２ｂは、フェライトまたはアモルファス金属などの磁性体から成る。

上コア２ａは、下方へ突出するように、３つの凸部２ｍ、２Ｌ、２ｒを有している。中央の凸部２ｍに対して、左右の凸部２Ｌ、２ｒの方が、突出量が多くなっている。

図４（ａ）に示すように、上コア２ａの左右の凸部２Ｌ、２ｒの下端を、下コア２ｂの上面に密着させて、該コア２ａ、２ｂは組み合わされる。この状態では、直流重畳特性を高めるため、上コア２ａの凸部２ｍと下コア２ｂの上面には所定の大きさの隙間が設けられている。これにより、磁気デバイス１（チョークコイルＬ）に大電流を流したときでも、所定のインダクタンスを実現することができる。コア２ａ、２ｂ同士は、図示しないねじや金具などの固定手段により固定される。

下コア２ｂは、ヒートシンク１０の上側に設けられた凹部１０ｋ（図２）に嵌め込まれる。ヒートシンク１０の下側には、フィン１０ｆが設けられている。ヒートシンク１０は、金属製であり、本発明の「放熱器」の一例である。

基板３は、絶縁体から成る薄板状の基材の各層に、厚みの厚い銅箔（導体）でパターンが形成された厚銅箔基板から構成されている。本実施形態では、基板３に他の電子部品や回路が設けられていないが、実際に磁気デバイス１を図１のスイッチング電源装置１００で使用する場合、基板３より大きな同一基板上に磁気デバイス１とスイッチング電源装置１００の他の電子部品や回路が設けられる。

基板３の表面（図２および図４で上面）には、図３（ａ）に示すような表側外面層Ｌ１が設けられている。基板３の裏面（図２および図４で下面）には、図３（ｃ）に示すような裏側外面層Ｌ３が設けられている。図４に示すように、両外面層Ｌ１、Ｌ３の間には、図３（ｂ）に示すような内層Ｌ２が設けられている。つまり、基板３は、２つの外面層Ｌ１、Ｌ３と１つの内層Ｌ２の、３つの層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を有している。

基板３には、矩形状の貫通孔から成る、開口部３ｍ、３Ｌ、３ｒが設けられている。各開口部３ｍ、３Ｌ、３ｒには、図２〜図４（ａ）に示すように、コア２ａの各凸部２ｍ、２Ｌ、２ｒがそれぞれ挿入される。

また、基板３には、小円形の貫通孔３ａが複数設けられている。各貫通孔３ａには、図２および図４（ｂ）に示すように、各ねじ１１が挿入される。基板３の裏面（裏側外面層Ｌ３）をヒートシンク１０の上面（フィン１０ｆと反対の面）と対向させる。そして、各ねじ１１を基板３の表面（表側外面層Ｌ１）側から各貫通孔３ａに貫通させて、ヒートシンク１０の各ねじ孔１０ａに螺合する。これにより、図４に示すように、基板３の裏側外面層Ｌ３側にヒートシンク１０が近接状態で取り付けられる。

基板３とヒートシンク１０の間には、伝熱性を有する絶縁シート１２が挟み込まれる。絶縁シート１２は可撓性を有しているため、基板３やヒートシンク１０と隙間なく密着する。

図３に示すように、基板３には、スルーホール８ａ、８ｄ、９ａ〜９ｄ、パッド８ｂ、８ｃ、端子６ｉ、６ｏ、パターン４ａ〜４ｈ、５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９、およびピン７ａ〜７ｆといった導体が設けられている。スルーホール８ａ、８ｄ、９ａ〜９ｄは、異なる層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３にあるパターン４ａ〜４ｆ、５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９同士を接続する。

詳しくは、スルーホール８ａは、表側外面層Ｌ１のパターン４ａ、４ｂと他の層Ｌ２、Ｌ３を接続する。スルーホール８ｄは、表側外面層Ｌ１と他の層Ｌ２、Ｌ３を接続したり、表側外面層Ｌ１のパターン４ａ、４ｂと裏側外面層Ｌ３のパターン５ａ_９、５ｂ_９を接続したり、内層Ｌ２のパターン４ｃ、４ｄと裏側外面層Ｌ３のパターン５ａ_７、５ａ_８、５ｂ_７、５ｂ_８を接続したりする。スルーホール９ａ、９ｄは、表側外面層Ｌ１のパターン４ａ、４ｂと内層Ｌ２のパターン４ｃ、４ｄを接続する。スルーホール９ｂ、９ｃは、内層Ｌ２のパターン４ｃ、４ｄと裏側外面層Ｌ３のパターン４ｅを接続する。

一対の大径のスルーホール８ａのうち、一方には電力入力用の端子６ｉが埋設され、他方には電力出力用の端子６ｏが埋設されている。端子６ｉ、６ｏは、銅ピンから成る。表側外面層Ｌ１と裏側外面層Ｌ３の端子６ｉ、６ｏの周囲には、銅箔から成るパッド８ｂが設けられている。端子６ｉ、６ｏやパッド８ｂの表面には、銅めっきが施されている。端子６ｉ、６ｏの下端は、絶縁シート１２と接触している（図示省略）。

基板３の各層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３には、コイルパターン４ａ〜４ｅと放熱パターン４ｇ、４ｈ、５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９が設けられている。各パターン４ａ〜４ｅ、４ｇ、４ｈ、５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９は、銅箔から成る。表側外面層Ｌ１の各パターン４ａ、４ｂ、５ａ_１〜５ａ_４、５ｂ_１〜５ｂ_４の表面には、絶縁加工が施されている。

コイルパターン４ａ〜４ｅの幅や厚みや断面積は、コイルの所定の性能を達成しつつ、所定の大電流（たとえばＤＣ１５０Ａ）を流しても、コイルパターン４ａ〜４ｅでの発熱量をある程度に抑えて、しかも放熱できるように設定されている。

図３（ａ）に示すように、表側外面層Ｌ１において、コイルパターン４ａは、凸部２Ｌの周囲４方向に１回巻回されている。コイルパターン４ｂは、凸部２ｒの周囲４方向に１回巻回されている。

図３（ｂ）に示すように、内層Ｌ２において、コイルパターン４ｃは、凸部２Ｌの周囲４方向に１回巻回されている。コイルパターン４ｄは、凸部２ｒの周囲４方向に１回巻回されている。

図３（ｃ）に示すように、裏側外面層Ｌ３において、コイルパターン４ｅは、凸部２Ｌの周囲４方向に１回巻回されてから、凸部２ｍの周囲３方向に１回巻回され、さらに凸部２ｒの周囲４方向に１回巻回されている。

コイルパターン４ａの一端とコイルパターン４ｃの一端とは、スルーホール９ａにより接続されている。コイルパターン４ｃの他端とコイルパターン４ｅの一端とは、スルーホール９ｃにより接続されている。コイルパターン４ｅの他端とコイルパターン４ｄの一端とは、スルーホール９ｂにより接続されている。コイルパターン４ｄの他端とコイルパターン４ｂの一端とは、スルーホール９ｄにより接続されている。

各スルーホール９ａ〜９ｄの表面には、銅めっきが施されている。各スルーホール９ａ〜９ｄの内側は、銅などで埋められていてもよい。スルーホール９ａ〜９ｄは、本発明の「電気的層間接続手段」の一例である。

表側外面層Ｌ１のスルーホール９ｂ、９ｃの周辺と、裏側外面層Ｌ３のスルーホール９ａ、９ｄの周辺には、スルーホール９ａ〜９ｄを形成し易くするため、小パターン４ｆがそれぞれ設けられている。それぞれのスルーホール９ａ〜９ｄと小パターン４ｆは接続されている。小パターン４ｆは、銅箔から成る。表側外面層Ｌ１の小パターン４ｆの表面には、絶縁加工が施されている。

コイルパターン４ａの他端は、パッド８ｂを介して端子６ｉと接続されている。コイルパターン４ｂの他端は、パッド８ｂを介して端子６ｏと接続されている。

上記により、基板３のコイルパターン４ａ〜４ｅは、表側外面層Ｌ１で、起点である端子６ｉから、凸部２Ｌの周囲に１回目が巻かれた後、スルーホール９ａを経由して、内層Ｌ２に接続される。次に、コイルパターン４ａ〜４ｅは、内層Ｌ２で、凸部２Ｌの周囲に２回目が巻かれた後、スルーホール９ｃを経由して、裏側外面層Ｌ３に接続される。

次に、コイルパターン４ａ〜４ｅは、裏側外面層Ｌ３で、凸部２Ｌの周囲に３回目が巻かれ、凸部２ｍの周囲を経由して、凸部２ｒの周囲に４回目が巻かれた後、スルーホール９ｂを経由して、内層Ｌ２に接続される。次に、コイルパターン４ａ〜４ｅは、内層Ｌ２で、凸部２ｒの周囲に５回目が巻かれた後、スルーホール９ｄを経由して、表側外面層Ｌ１に接続される。そして、コイルパターン４ａ〜４ｅは、表側外面層Ｌ１で、凸部２ｒの周囲に６回目が巻かれた後、終点である端子６ｏに接続される。

磁気デバイス１に流れる電流も、上記のように、端子６ｉ、コイルパターン４ａ、スルーホール９ａ、コイルパターン４ｃ、スルーホール９ｃ、コイルパターン４ｅ、スルーホール９ｂ、コイルパターン４ｄ、スルーホール９ｄ、コイルパターン４ｂ、および端子６ｏの順番で流れる。

放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９は、各層Ｌ１〜Ｌ３のコイルパターン４ａ〜４ｅや小パターン４ｆの周辺にある空き領域に、該パターン４ａ〜４ｅ、４ｆと別体で形成されている。また、放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９同士は、別体になっている。つまり、各放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９は、コイルパターン４ａ〜４ｅ、小パターン４ｆ、および他の放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９と別体になっている。

図３（ｃ）に示すように、裏側外面層Ｌ３において、放熱パターン４ｇ、４ｈは、裏側外面層Ｌ３にあるコイルパターン４ｅと一体で設けられている。つまり、放熱パターン４ｇ、４ｈは、コイルパターン４ｅに接続されている。また、放熱パターン４ｇ、４ｈと放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９とは、別体になっている。

図３に示すように、放熱パターン５ａ_１〜５ａ_９、５ｂ_１〜５ｂ_９、４ｇ、４ｈに対して、パッド８ｂ、端子６ｉ、６ｏ、貫通孔３ａ、およびねじ１１は絶縁されている。ねじ１１の軸部１１ｂより径の大きな頭部１１ａが基板３の表面側に配置されるため、内層Ｌ２や裏側外面層Ｌ３の貫通孔３ａの周囲の絶縁領域（導体の無い領域）Ｒ２より、表側外面層Ｌ１の貫通孔３ａの周囲の絶縁領域Ｒ１の方が広くなっている。

複数の大径のスルーホール８ｄには、放熱ピン７ａ〜７ｆがそれぞれ埋め込まれている。放熱ピン７ａ〜７ｆは、銅ピンから成る。表側外面層Ｌ１と裏側外面層Ｌ３の放熱ピン７ａ〜７ｆの周囲には、銅箔から成るパッド８ｃが設けられている。放熱ピン７ａ〜７ｆやパッド８ｃの表面には、銅めっきが施されている。放熱ピン７ａ〜７ｆの下端は、絶縁シート１２と接触している（図４（ｂ）参照）。

図３（ａ）に示すように、表側外面層Ｌ１では、コイルパターン４ａに対して、放熱ピン７ａとこの周囲のパッド８ｃおよびスルーホール８ｄが接続されている。また、コイルパターン４ｂに対して、放熱ピン７ｂとこの周囲のパッド８ｃおよびスルーホール８ｄが接続されている。他の放熱ピン７ｃ〜７ｆとこれらの周囲のパッド８ｃおよびスルーホール８ｄは、放熱パターン５ａ_１〜５ａ_４、５ｂ_１〜５ｂ_４、コイルパターン４ａ、４ｂ、および小パターン４ｆに対して絶縁されている。また、放熱パターン５ａ_１〜５ａ_４、５ｂ_１〜５ｂ_４に対して、コイルパターン４ａ、４ｂと小パターン４ｆは絶縁されている。

図３（ｂ）に示すように、内層Ｌ２では、コイルパターン４ｃに対して、放熱ピン７ｃ、７ｅとこれらの周囲のスルーホール８ｄが接続されている。また、コイルパターン４ｄに対して、放熱ピン７ｄ、７ｆとこれらの周囲のスルーホール８ｄが接続されている。他の放熱ピン７ａ、７ｂとこれらの周囲のスルーホール８ｄは、放熱パターン５ａ_５、５ａ_６、５ｂ_５、５ｂ_６とコイルパターン４ｃ、４ｄに対して絶縁されている。また、放熱パターン５ａ_５、５ａ_６、５ｂ_５、５ｂ_６に対して、コイルパターン４ｃ、４ｄは絶縁されている。

図３（ｃ）に示すように、裏側外面層Ｌ３には、表側外面層Ｌ１のコイルパターン４ａに対応させて、放熱パターン５ａ_９が設けられ、コイルパターン４ｂに対応させて、放熱パターン５ｂ_９が設けられている。また、内層Ｌ２のコイルパターン４ｃに対応させて、放熱パターン５ａ_７、５ａ_８が設けられ、コイルパターン４ｄに対応させて、放熱パターン５ｂ_７、５ｂ_８が設けられている。放熱パターン５ａ_９、５ｂ_９は、本発明の「第１放熱パターン」の一例である。放熱パターン５ａ_７、５ａ_８、５ｂ_７、５ｂ_８は、本発明の「第２放熱パターン」の一例である。

また、裏側外面層Ｌ３において、放熱ピン７ｃとこの周囲のパッド８ｃおよびスルーホール８ｄは、放熱パターン５ａ_７に接続されている。放熱ピン７ｅとこの周囲のパッド８ｃおよびスルーホール８ｄは、放熱パターン５ａ_８に接続されている。放熱ピン７ａとこの周囲のパッド８ｃおよびスルーホール８ｄは、放熱パターン５ａ_９に接続されている。

また、裏側外面層Ｌ３において、放熱ピン７ｄとこの周囲のパッド８ｃおよびスルーホール８ｄは、放熱パターン５ｂ_７に接続されている。放熱ピン７ｆとこの周囲のパッド８ｃおよびスルーホール８ｄは、放熱パターン５ｂ_８に接続されている。放熱ピン７ｂとこの周囲のパッド８ｃおよびスルーホール８ｄは、放熱パターン５ｂ_９に接続されている。

さらに、裏側外面層Ｌ３において、放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９に対して、コイルパターン４ｅおよび小パターン４ｆは絶縁されている。また、放熱ピン７ａ〜７ｆ、パッド８ｃ、およびスルーホール８ｄに対して、コイルパターン４ｅと小パターン４ｆは絶縁されている。

上記により、表側外面層Ｌ１のコイルパターン４ａと裏側外面層Ｌ３の放熱パターン５ａ_９は、放熱ピン７ａとこの周囲のパッド８ｃとスルーホール８ｄにより接続されている。また、表側外面層Ｌ１のコイルパターン４ｂと裏側外面層Ｌ３の放熱パターン５ｂ_９は、放熱ピン７ｂとこの周囲のパッド８ｃとスルーホール８ｄにより接続されている。つまり、表側外面層Ｌ１のコイルパターン４ａ、４ｂは、それぞれ１か所で、対応する裏側外面層Ｌ３の放熱パターン５ａ_９、５ｂ_９と接続されている。放熱ピン７ａ、７ｂとこれらの周囲のパッド８ｃとスルーホール８ｄは、本発明の「第１熱的層間接続手段」の一例である。

内層Ｌ２のコイルパターン４ｃと裏側外面層Ｌ３の放熱パターン５ａ_７、５ａ_８は、放熱ピン７ｃ、７ｅとこれらの周囲のパッド８ｃとスルーホール８ｄにより接続されている。また、内層Ｌ２のコイルパターン４ｄと裏側外面層Ｌ３の放熱パターン５ｂ_７、５ｂ_８は、放熱ピン７ｄ、７ｆとこれらの周囲のパッド８ｃとスルーホール８ｄにより接続されている。つまり、内層Ｌ２のコイルパターン４ｃ、４ｄは、それぞれ２か所で、対応する裏側外面層Ｌ３の放熱パターン５ａ_７、５ａ_８、５ｂ_７、５ｂ_８と接続されている。放熱ピン７ｃ〜７ｆとこれらの周囲のパッド８ｃとスルーホール８ｄは、本発明の「第２熱的層間接続手段」の一例である。

表側外面層Ｌ１のコイルパターン４ａ、４ｂと接続された、裏側外面層Ｌ３の放熱パターン５ａ_９、５ｂ_９の合計面積より、内層Ｌ２のコイルパターン４ｃ、４ｄと接続された、裏側外面層Ｌ３の放熱パターン５ａ_７、５ａ_８、５ｂ_７、５ｂ_８の合計面積の方が大きくなっている。

また、裏側外面層Ｌ３のコイルパターン４ｅに接続された放熱パターン４ｇ、４ｈの合計面積より、裏側外面層Ｌ３の放熱パターン５ａ_９、５ｂ_９の合計面積の方が大きくなっている。

コイルパターン４ａ〜４ｅには大電流が流れるため、コイルパターン４ａ〜４ｅが発熱源となって、基板３の温度が上昇する。

表側外面層Ｌ１では、基板３の熱は、放熱パターン５ａ_１〜５ａ_４、５ｂ_１〜５ｂ_４に拡散され、パターン４ａ、４ｂ、４ｆ、５ａ_１〜５ａ_４、５ｂ_１〜５ｂ_４などの導体の表面で放熱される。また、基板３の熱は、放熱ピン７ａ〜７ｆやスルーホール８ｄ、８ａ、９ａ〜９ｄなどの基板３を貫通する導体を伝って、絶縁シート１２を介してヒートシンク１０で放熱される。スルーホール９ａ〜９ｄは、サーマルビアとして機能する。特に、コイルパターン４ａ、４ｂで発生した熱は、放熱ピン７ａ、７ｂなどを伝って裏側外面層Ｌ３の放熱パターン５ａ_９、５ｂ_９に拡散され、放熱パターン５ａ_９、５ｂ_９の表面や放熱ピン７ａ、７ｂの下面から絶縁シート１２を介してヒートシンク１０で放熱される。

内層Ｌ２では、基板３の熱は、放熱パターン５ａ_５、５ａ_６、５ｂ_５、５ｂ_６に拡散され、放熱ピン７ａ〜７ｆやスルーホール８ｄ、９ａ〜９ｄなどの基板３を貫通する導体を伝って、絶縁シート１２を介してヒートシンク１０で放熱される。特に、コイルパターン４ｃ、４ｄで発生した熱は、放熱ピン７ｃ〜７ｆなどを伝って裏側外面層Ｌ３の放熱パターン５ａ_７、５ａ_８、５ｂ_７、５ｂ_８に拡散され、放熱パターン５ａ_７、５ａ_８、５ｂ_７、５ｂ_８の表面や放熱ピン７ｃ〜７ｆの下面から絶縁シート１２を介してヒートシンク１０で放熱される。

裏側外面層Ｌ３では、基板３の熱は、放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９に拡散され、パターン４ｅ、４ｆ、５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９などの導体の表面から絶縁シート１２を介してヒートシンク１０で放熱される。特に、コイルパターン４ｅで発生した熱は、コイルパターン４ｅの表面から絶縁シート１２を介してヒートシンク１０で放熱される。

上記実施形態によると、基板３の表側外面層Ｌ１のコイルパターン４ａ、４ｂで発生した熱を、該パターン４ａ、４ｂの表面などから放熱させたり、放熱ピン７ａ、７ｂなどにより裏側外面層Ｌ３の放熱パターン５ａ_９、５ｂ_９に伝えて、該パターン５ａ_９、５ｂ_９の表面から絶縁シート１２を介してヒートシンク１０で放熱させたりすることができる。また、裏側外面層Ｌ３のコイルパターン４ｅで発生した熱を、放熱パターン４ｇ、４ｈに拡散して、これらパターン４ｅ、４ｇ、４ｈの表面から絶縁シート１２を介してヒートシンク１０で放熱させることができる。

また、内層Ｌ２のコイルパターン４ｃ、４ｄで発生した熱を、放熱ピン７ｃ〜７ｆなどにより裏側外面層Ｌ３の放熱パターン５ａ_７、５ａ_８、５ｂ_７、５ｂ_８に伝えて、該パターン５ａ_７、５ａ_８、５ｂ_７、５ｂ_８の表面から絶縁シート１２を介してヒートシンク１０で放熱させることができる。さらに、裏側外面層Ｌ３において、放熱パターン５ａ_７、５ａ_８、５ｂ_７、５ｂ_８の合計面積は、放熱パターン５ａ_９、５ｂ_９の合計面積より大きいので、内層Ｌ２のコイルパターン４ｃ、４ｄで発生した熱を、放熱パターン５ａ_７、５ａ_８、５ｂ_７、５ｂ_８の表面から絶縁シート１２を介してヒートシンク１０で放熱させ易くすることができる。

よって、外面層Ｌ１、Ｌ３と内層Ｌ２にコイルパターン４ａ〜４ｅが設けられた基板３において、内層Ｌ２の熱を放熱させ易くして、放熱性能を高めることが可能となる。

また、裏側外面層Ｌ３において、放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９、４ｇ、４ｈ同士を別体にし、放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９とコイルパターン４ｅを別体にしている。また、異なる層Ｌ１〜Ｌ３のコイルパターン４ａ〜４ｅ同士をスルーホール９ａ〜９ｄで接続し、コイルパターン４ａ〜４ｄと放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９を放熱ピン７ａ〜７ｆなどで接続している。このため、コイルパターン４ａ〜４ｅの通電経路に影響を与えることなく、該パターン４ａ〜４ｅで発生した熱の放熱経路を確保することができる。

また、基板３の表側外面層Ｌ１と内層Ｌ２にある各コイルパターン４ａ〜４ｄで発生した熱を、放熱ピン７ａ〜７ｆや裏側外面層Ｌ３の放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９などの異なる放熱経路でヒートシンク１０に伝えて、効率良く放熱させることができる。

さらに、放熱パターン５ａ_９、５ｂ_９の合計面積は、放熱パターン４ｇ、４ｈの合計面積より大きいので、表側外面層Ｌ１のコイルパターン４ａ、４ｂで発生した熱を、放熱ピン７ａ、７ｂなどを伝って、放熱パターン５ａ_９、５ｂ_９の表面から絶縁シート１２を介してヒートシンク１０で放熱させ易くすることができる。

本発明では、以上述べた以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、以上の実施形態では、２つの外面層Ｌ１、Ｌ３と１つの内層Ｌ２を有する基板３の各層Ｌ１〜Ｌ３にコイルパターン４ａ〜４ｅを形成した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。２つの外面層と２つ以上の内層を有する基板において、各外面層と少なくとも１つの内層にコイルパターンを形成すればよい。

また、以上の実施形態では、コア２ａの３つの凸部２ｍ、２Ｌ、２ｒに巻回するように、基板３にコイルパターン４ａ〜４ｅを形成した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。コイルパターンは、コアの少なくとも１つの凸部に巻回されていればよい。

また、以上の実施形態では、基板３の裏側外面層Ｌ３に、他の層Ｌ１、Ｌ２、にあるコイルパターン４ａ〜４ｄに対応する放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９を設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、基板の裏側外面層にあるコイルパターンに対応する放熱パターンを、表側外面層に設けてもよい。また、内層にあるコイルパターンに対応する放熱パターンを、表側外面層に設けたり、表側外面層と裏側外面層の両方に設けたりしてもよい。

また、以上の実施形態では、基板３の裏側外面層Ｌ３に、コイルパターン４ｅに接続された放熱パターン４ｇ、４ｈを設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、裏側外面層Ｌ３の放熱パターン４ｇ、４ｈを省略し、その分、他の放熱パターン５ａ_８、５ａ_９、５ｂ_８、５ｂ_９を拡張してもよい。また、基板の表側外面層に、当該層のコイルパターンに接続された放熱パターンを設けたり、基板の内層に、当該層のコイルパターンに接続された放熱パターンを設けたりしてもよい。

また、以上の実施形態では、異なる層Ｌ１〜Ｌ３の対応するコイルパターン４ａ〜４ｄと放熱パターン５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９を、放熱ピン７ａ〜７ｆとパッド８ｃとスルーホール８ｄにより接続した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば端子、ピン、およびスルーホールなどの少なくとも１つの熱的層間接続手段により、異なる層の対応するコイルパターンと放熱パターンを接続してもよい。

また、以上の実施形態では、異なる層Ｌ１〜Ｌ３のコイルパターン４ａ〜４ｅ同士をスルーホール９ａ〜９ｄにより接続した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば端子やピンなどの他の電気的層間接続手段により、異なる層のコイルパターン同士を接続してもよい。

また、以上の実施形態では、放熱器として、ヒートシンク１０を用いた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではなく、これ以外の、空冷式や水冷式の放熱器、または冷媒を用いた放熱器などを用いてもよい。また、金属製の放熱器だけでなく、たとえば、熱伝導性の高い樹脂で形成された放熱器を用いてもよい。この場合、放熱器と基板との間に絶縁シート１２を設ける必要はなく、絶縁シート１２を省略することができる。さらに、放熱器を基板の両外面層にそれぞれ設けてもよいし、放熱器を省略してもよい。

また、以上の実施形態では、厚銅箔基板を用いた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではなく、一般的な樹脂製のプリント基板や金属製の基板などのような、他の基板を用いてもよい。金属製の基板の場合は、基材と各パターンとの間に絶縁体を設ければよい。

また、以上の実施形態では、Ｅ字形の上コア２ａにＩ字形の下コア２ｂを組み合わせた例を示したが、本発明は、２つのＥ字形コアを組み合わせた磁気デバイスにも適用することができる。

さらに、以上の実施形態では、車両用のスイッチング電源装置１００における、平滑回路５５のチョークコイルＬとして使用される磁気デバイス１に本発明を適用した例を挙げたが、トランス５３（図１）として使用される磁気デバイスに対しても、本発明を適用することは可能である。また、車両以外の、たとえば電子機器用のスイッチング電源装置で使用される磁気デバイスにも本発明を適用することは可能である。

１ 磁気デバイス
２ａ 上コア
２ｂ 下コア
３ 基板
３Ｌ、３ｍ、３ｒ 開口部
４ａ〜４ｅ コイルパターン
４ｇ、４ｈ 放熱パターン
５ａ_７〜５ａ_９、５ｂ_７〜５ｂ_９ 放熱パターン
７ａ〜７ｆ 放熱ピン
８ｄ スルーホール
８ｃ パッド
９ａ〜９ｄ スルーホール
１０ ヒートシンク
Ｌ１ 表側外面層
Ｌ２ 内層
Ｌ３ 裏側外面層

Claims (5)

1. 磁性体から成るコアと、
   絶縁体から成り、前記コアが挿入される開口部、ならびに両面に設けられた２つの外面層および該外面層間に設けられた内層を有する基板と、
   導体から成り、前記コアの周囲に巻回されるように、前記基板の前記各外面層と少なくとも１つの前記内層に設けられたコイルパターンと、を備えた磁気デバイスにおいて、
   導体から成り、前記基板の一方の前記外面層にある前記コイルパターンに対応させて他方の前記外面層に設けられた第１放熱パターンと、
   導体から成り、前記基板の前記内層にある前記コイルパターンに対応させて他方の前記外面層に設けられた第２放熱パターンと、
   対応する前記一方の外面層のコイルパターンと前記第１放熱パターンとを接続する第１熱的層間接続手段と、
   対応する前記内層のコイルパターンと前記第２放熱パターンとを接続する第２熱的層間接続手段と、をさらに備え、
   他方の前記外面層にある前記コイルパターンと前記各放熱パターンを別体にし、
   前記第１放熱パターンの面積より前記第２放熱パターンの面積の方を大きくした、ことを特徴とする磁気デバイス。
2. 請求項１に記載の磁気デバイスにおいて、
   前記放熱パターン同士を別体にした、ことを特徴とする磁気デバイス。
3. 請求項１または請求項２に記載の磁気デバイスにおいて、
   前記基板の異なる層にある前記コイルパターン同士を接続する電気的層間接続手段をさらに備えた、ことを特徴とする磁気デバイス。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の磁気デバイスにおいて、
   前記基板の前記他方の外面層に設けられた導体から成り、前記他方の外面層にある前記コイルパターンに接続された第３放熱パターンを、さらに備え、
   前記第３放熱パターンと前記第１および第２放熱パターンを別体にし、
   前記第３放熱パターンの面積より前記第１放熱パターンの面積の方を大きくした、ことを特徴とする磁気デバイス。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の磁気デバイスにおいて、
   前記基板の前記他方の外面層に前記第２放熱パターンを設け、
   前記他方の外面層側に放熱器を取り付けた、ことを特徴とする磁気デバイス。

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